3- Exploitation

Etude de forces
TP
Objectifs :
 Déterminer la constante de raideur k d’un ressort.
 Mettre en évidence la poussée d’Archimède.
 Préciser les conditions nécessaires à l’équilibre d’un solide soumis à deux ou trois forces.
I- Tension d’un ressort
1- Manipulation
Afin de déterminer la relation qui lie la tension
d’un ressort et la longueur de ce ressort,
réaliser l’expérience suivante :
Suspendre un ressort à une potence.
Mesurer sa longueur à vide (en l’absence de
toute charge).
Suspendre des masses marquées de valeur croissante
en veillant à ne pas dépasser la limite d’élasticité
du ressort.
l0= longueur à vide du ressort
l= longueur du ressort après étirement
L = l’allongement du ressort
l0
l
L = l-l0
2- Mesures
 Mesurer la longueur à vide du ressort l0=……………..
 Relever pour chacune des masses, la longueur l prise par le ressort. Complèter le
tableau.
Masse suspendue m
(en kg)
Longueur l du
ressort (en m)
L = l-lo (en m)
0
tension du ressort
T (en N)
3- Exploitation
a- Faire un schéma de la situation, représentant une masse suspendue au ressort.
Faire un bilan des forces s’exerçant sur la masse. Représenter les forces sur le schéma.
b- Enoncer la condition d’équilibre d’un corps soumis à deux forces.
c- Exprimer alors la valeur de la tension T en fonction de la masse suspendue. Justifier.
d- Complèter la dernière ligne du tableau.
e- Tracer la courbe T = f(l – l0).
TP Les forces
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f- La tension d’un ressort est donnée par la relation de Hook : T = kl – l0. A partir du tracer de la
courbe déterminer la valeur de la constante de raideur k du ressort. Quelle est son unité ?
II- Poussée d’Archimède
1- Manipulation
mL
mL
250
250
200
200
150
NivV0
NivV1
V
150
100
100
50
50
Accrocher un objet au ressort. Mesurer la longueur l du ressort lorsque l’objet est immobile. l =………………..
Repérer le niveau d’eau dans l’éprouvette graduée. Niv0 = ………………
Immerger complètement l’objet toujours accroché au ressort. Mesurer la longueur l’ du ressort. l’ = ……………
Repérer le niveau de l’eau dans l’éprouvette. Niv1 = …………………
Déterminer le poids des masses marquées dans l’air puis dans l’eau Pair = …………………. Et Peau =………………..
2- Exploitation
a- Faire un bilan des forces s’exerçant sur l’objet.
b- Représenter les forces sur un schéma dans chacune des situations (solide dans l’air puis dans l’eau)
sachant que le solide est en équilibre dans chaque cas.
c- Dans chaque cas, quelle relation existe-t-il entre ces forces ?
d- A quoi est dû la variation de poids ?
e- Que peut-on dire de l’expression pair-p ?
f- Calculer la valeur de la poussée d’Archimède notée 
g- Calculer le poids du volume d’eau déplacé. On donne  eau = 1 g.cm-3.
h- Conclure.
TP Les forces
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III-
Equilibre d’un solide soumis à trois forces
On recherche les conditions d’équilibre d’un solide soumis à 3 forces non colinéaires
1- Dispositif expérimentale
L’anneau a une masse très inférieure à celles des autres masses qui seront
suspendues, donc on peut négliger sa masse devant les autres masses.
Définir le système d’étude et forces mis en jeu
Caractéristiques de chacune des forces et leurs
représentations
2- Mesures


On prendra m1 = --------g, m2 = --------g et m3 = --------g
On recherche la position des poulies pour lesquelles l’ensemble du
dispositif soit est en équilibre et centré au maximum sur le cadre.





Sur une feuille, on relève les trois directions de chaque force.
On utilisera un rapporteur pour mesurer les angles entre les
différentes droites d’action.
Calculer la valeur de ces forces
F1 = --------N F2 = ----------N et F 3 = ----------N
Choisir une échelle et tracer les vecteurs forces
Faire la somme vectorielle de ces 3 forces. Qu’observe-t-on ?
Vérifier d’une façon analytique (calcul) en faisant des projections sur 2 axes orthogonaux le
résultat précèdent.
 Conclure : A quelle condition l’anneau est en équilibre ?
IV - Application
Une sphère de poids P = 2,0.10-3 N
suspendue à un fil est soumise à une

force électrique F qui est
horizontale, de valeur
F = 5,4.10-4 N, répartie dans tout le
volume de la sphère mais qui peut
cependant être représentée à partir
de son centre d’inertie.
Le fil est alors incliné d’un angle 
par rapport à la verticale.
a- Nommer l’autre force qui s’exerce sur la sphère.
b- La sphère est à l’équilibre. En déduire la relation vectorielle qui relie les 3 forces qui s’exercent sur
la sphère.
c- Déduire de cette relation vectorielle deux relations faisant intervenir les coordonnées des forces.
d- Calculer : Tx =
; Ty =
;T=
;=
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